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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lufteinlassvorrichtung für den Einlass einer Luftströmung zu einem Kühler eines Fahrzeugs sowie einen entsprechenden Frontabschnitt mit einer solchen Lufteinlassvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Kühlern ausgestattet sind. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ist eine Kühlung des Verbrennungsmotors durch entsprechende Kühler notwendig. Auch elektrisch betriebene Fahrzeuge sind mit entsprechenden Kühlern ausgestattet, um den elektrischen Antrieb und insbesondere die Batterievorrichtungen mit einer entsprechenden Kühlleistung zu versorgen. Kühler bei Fahrzeugen arbeiten üblicherweise mit Kühlgittern, welche von einer Luftströmung durchströmt werden. Die Luftströmung wird durch den Fahrtwind beim Betrieb des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Um Luftströmung durch den Kühler eines Fahrzeugs hindurchzubewegen, sind üblicherweise Einlassöffnungen am Fahrzeug vorgesehen, welche normalerweise im Frontabschnitt des Fahrzeugs angeordnet sind. Die entsprechende Luftströmung gelangt über solche Einlassöffnungen zum Kühler, durch diesen Kühler hindurch und beim Durchströmen des Kühlers kann eine Wärmemenge aufgenommen und mit der Luftströmung abtransportiert werden. Auch ist es bekannt, dass Kühler mit sogenannten Kühlerklappen versehen sind, um die Luftströmung einzustellen bzw. gänzlich abschalten zu können. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn eine Verbesserung des CW-Wertes bzw. der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs in bestimmten Fahrsituationen erwünscht ist. Insbesondere, wenn eine geringe Kühlleistung notwendig ist, kann der Kühler sozusagen mechanisch durch die Kühlerklappen ausgeschaltet werden, so dass im Wesentlichen keine Luftströmung mehr diesen Kühler durchströmt. Sobald dies der Fall ist, verbessert sich der CW-Wert, da das Durchströmen des Kühlers einen erhöhten Luftwiderstand für das Fahrzeug darstellt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es jedoch, dass solche Kühlerklappen mit einem relativ hohen Aufwand verbunden sind. Sie benötigen entsprechenden Bauraum, da sie eine mechanische Komponente darstellen, die bewegbar am Fahrzeug gelagert sein muss. Dies führt darüber hinaus zu einem erhöhten Montageaufwand sowie zu einem erhöhten Gewicht im Frontabschnitt des Fahrzeugs. Neben dem damit einhergehenden erhöhten Kraftstoffverbrauch und den erhöhten Herstellkosten ist auf diese Weise eine möglicherweise unerwünschte Gewichtsverteilung im Frontabschnitt des Fahrzeugs gegeben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise einen Bypass für einen Kühler zur Verfügung zu stellen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Lufteinlassvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Frontabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Frontabschnitt und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß wird eine Lufteinlassvorrichtung für den Einlass einer Luftströmung zu einem Kühler eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Hierfür weist die Lufteinlassvorrichtung eine Einlassöffnung für den Einlass der Luftströmung entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf. Der Einlassöffnung nachgeordnet befindet sich ein Einlassraum für die Zufuhr der Luftströmung zum Kühler. Der Einlassraum ist mit wenigstens einer Auslassöffnung ausgestattet für einen Auslass von wenigstens einem Teil des Luftstroms aus dem Einlassraum an dem Kühler vorbei. Weiter ist diese Auslassöffnung mit einem Sperrorgan ausgestattet zum Öffnen und Absperren dieser Auslassöffnung.
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Eine erfindungsgemäße Lufteinlassvorrichtung basiert also auf den bekannten Lösungen für die Zufuhr einer Luftströmung für einen Kühler. So können relativ große Einlassöffnungen in einem Frontabschnitt eines Fahrzeugs vorgesehen sein, um einen Teil des Fahrtwindes abzuzweigen und als Luftströmung einem Einlassraum und auf diese Weise dem Kühler zuzuführen. In bekannter Weise erfolgt dann die Kühlleistung, indem die Luftströmung den Kühler durchströmt und auf diese Weise Wärmemenge vom Kühler abtransportiert.
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In erfindungsgemäßer Weise soll nun eine aerodynamische Verbesserung erzielt werden, ohne dass die bekannten Kühlerklappen eingesetzt werden. Der Einlassraum selbst ist also vorzugsweise frei von solchen Kühlerklappen bzw. im Wesentlichen frei von solchen Kühlerklappen ausgebildet. Um eine Veränderung der aerodynamischen Situation einstellen zu können, ist bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung die Auslassöffnung vorgesehen. Diese Auslassöffnung ist absperrbar und freigebbar durch das entsprechende Sperrorgan. Befindet sich das Fahrzeug also in einer Betriebssituation in der Vorwärtsbewegung, wird im Normalfall das Sperrorgan in der Sperrposition angeordnet sein. Das bedeutet, dass ein Teil des Fahrtwindes als Luftströmung über die Einlassöffnung in den Einlassbereich der Lufteinlassvorrichtung gelangt. Von dort steht die Luftströmung der Durchströmung des Kühlers zur Verfügung, um die Kühlleistung zu gewährleisten.
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Sobald nun zum Beispiel mithilfe einer Regelungsfunktion des Fahrzeugs festgestellt wird, dass eine verbesserte Aerodynamikleistung gewünscht ist bzw. dass eine geringere Kühlleistung als aktuell abgerufen notwendig ist, kann eine Veränderung der Aerodynamiksituation herbeigeführt werden. Hierfür wird das Sperrorgan von der Sperrposition in die Freigabeposition geführt, so dass auf diese Weise die Auslassöffnung geöffnet wird. Die Menge, welche an Luftströmung vom Fahrtwind über die Einlassöffnung in den Einlassraum gelangt, bleibt dabei im Wesentlichen gleich, da sie nur von der Fahrtgeschwindigkeit und der konstanten Querschnittsöffnung der Einlassöffnung abhängt. Dadurch, dass das Sperrorgan nun in seine Freigabeposition bewegt worden ist, entsteht jedoch aus aerodynamischen Gesichtspunkten eine zusätzliche Möglichkeit, die die Luftströmung innerhalb des Einlassraums nehmen kann. Neben dem bisher einzigen Weg durch den Kühler hindurch existiert nun ein zweiter Weg durch die Auslassöffnung heraus und damit am Kühler vorbei. Auf diese Weise wird nun also die gleiche Menge an Luftströmung, welche auch vor dem Öffnen des Sperrorgans in dem Einlassraum vorhanden war, aufgeteilt auf den Kühler einerseits und die Auslassöffnung andererseits. In der Gesamtmenge führt dies dazu, dass der Teil, welcher bei geöffnetem Sperrorgan nun aus der Auslassöffnung auftritt, nicht mehr für ein Durchströmen des Kühlers zur Verfügung steht. Da ein Durchströmen der Auslassöffnung vorbei am Kühler mit einem reduzierten Luftwiderstand im Vergleich zum Durchströmen des Kühlers ausgestattet ist, führt dies in der Gesamtzusammenschau zu einer Reduktion des Fahrtwiderstandes bei geöffnetem Sperrorgan. Dies geht einher mit einer reduzierten Kühlleistung, da nunmehr ein geringerer Anteil der Luftströmung aus dem Eingangsraum in den Kühler hinein und durch diesen hindurchströmt.
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Ähnlich wie bei den bekannten, jedoch mechanisch sehr aufwendigen Lösungen der Kühlerklappen kann nun mit einem Sperrorgan an einer einzelnen Auslassöffnung ein ähnlicher Effekt erzielt werden. Da dieses Sperrorgan nunmehr vorzugsweise eine einzige Auslassöffnung absperren muss, entfällt der hohe Aufwand, um die große Fläche der gesamten Einlassöffnung bzw. die große Fläche des Kühlers mit entsprechenden Kühlerklappen zu versehen. Im Vergleich zu den bekannten Lösungen wird ein deutlicher Vorteil hinsichtlich Bauraum, Montagemöglichkeit und Gewicht erzielbar. Gleichzeitig wird zumindest teilweise durch die Abspaltung eines Teils der Luftströmung und das Vorbeiführen am Kühler eine aerodynamische Verbesserung hinsichtlich des Luftwiderstandes möglich.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung die Auslassöffnung in einer Hochdruckzone des Einlassraums angeordnet ist, welche beim Bewegen des Fahrzeugs entlang der Fahrtrichtung ein Druckmaximum im Einlassraum darstellt. Bei diesem Druckmaximum kann es sich um ein lokales Druckmaximum handeln. Es kann jedoch auch sein, dass die Hochdruckzone den maximalen Druckpunkt und damit das absolute Druckmaximum innerhalb des Einlassraums darstellt. Das bedeutet also, dass innerhalb des Einlassraums, je nachdem von welcher Seite bei der Bewegung des Fahrzeugs die Luftströmung in den Einlassraum eindringt, sich in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Druckzonen ausbilden. Üblicherweise wird auf der der Einlassöffnung entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite des Einlassraums an einer zugehörigen Wandung der maximale Druck anliegen, da dort die Luftströmung im Wesentlichen ungebremst an der Wandung aufprallt. Dieser Bereich kann als Hochdruckzone des Einlassraums bezeichnet werden. Durch die Anordnung der Auslassöffnung in dieser Hochdruckzone wird der Anteil der Luftströmung erhöht, welcher bei geöffnetem Sperrorgan durch die Auslassöffnung ausdringt. Durch die reine geometrische Anordnung der Auslassöffnung in dieser Hochdruckzone kann also ein positiver Einfluss genommen werden, um den Anteil der Luftströmung zu erhöhen, welcher bei geöffnetem Sperrorgan am Kühler vorbeigeführt wird. Die Anordnung in der Hochdruckzone führt also dazu, dass der Unterschied in dem Luftwiderstand durch die Erhöhung des vorbeigeführten Anteils der Luftströmung vergrößert wird. Der erfindungsgemäße Effekt wird durch diese Ausführungsform deutlich verstärkt.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung die Auslassöffnung eine Auslassrichtung aufweist, für eine Unterstützung wenigstens einer aerodynamischen Funktion des Fahrzeugs. Unter einer aerodynamischen Funktion eines Fahrzeugs sind Funktionen zu verstehen, welche bei der Bewegung des Fahrzeugs einen definierten Einfluss auf die aerodynamische Situation des Fahrzeugs ausüben. Insbesondere handelt es sich dabei um Spoilervorrichtungen. Es kann sich jedoch auch um eine gezielte Beeinflussung der Umströmung von Teilen des Fahrzeuges, zum Beispiel für das Ausbilden einer Luftwandung seitlich von Radhäusern handeln, wie dies später noch erläutert wird. Auch die aerodynamische Funktion einer definierten Ausbildung einer Strömungsschicht im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs kann als aerodynamische Funktion des Fahrzeugs verstanden werden. Eine definierte Auslassrichtung der Auslassöffnung kann nun dazu führen bzw. dazu hergenommen werden, diese entsprechende aerodynamische Funktion zu unterstützen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich das Sperrorgan in seiner geöffneten Position befindet.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung der Einlassraum und oder die Auslassöffnung wenigstens ein Leitelement für ein Ausrichten der Luftströmung aufweisen. Dieses Leitelement ist vorzugsweise ebenfalls aktivierbar bzw. deaktivierbar, um an die entsprechende Sperrposition bzw. Freigabeposition des Sperrorgans angepasst zu werden. Auch kann ein feststehendes Leitelement innerhalb des Eingangsraums dazu verwendet werden, um eine definierte Position der Hochdruckzone zur Verfügung stellen zu können.
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Bei einer Lufteinlassvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz kann es von Vorteil sein, wenn das wenigstens eine Leitelement an dem Sperrorgan ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann das Leitelement damit gemeinsam mit dem Sperrorgan eine Bewegung durchführen. Sperrorgan und Leitelement sind dabei zum Beispiel monolithisch, integral bzw. einstückig ausgebildet. Durch das Ausklappen des Leitelementes und gleichzeitiges Öffnen in die Freigabeposition des Sperrorgans kann somit eine Strömungsleitrichtung mit der Stellbewegung korreliert sein.
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Weiter kann diese Ausführungsform gemäß dem voranstehenden Absatz verbessert werden, wenn das wenigstens eine Leitelement des Sperrorgans in einer Sperrposition des Sperrorgans an einer benachbarten Wandung des Einlassraums anliegt. So kann zum Beispiel das Sperrorgan im Wesentlichen klappenförmig ausgebildet sein. Ein Teil dieser Klappe dient dazu, die Auslassöffnung abzudichten bzw. in der Sperrposition abzudecken. Ist jedoch diese klappenförmige Ausbildung des Sperrorgans größer als die Auslassöffnung, welche durch das Sperrorgan abgedeckt werden muss, so kann dieser zusätzliche Teil der Fläche des Sperrorgans ebenfalls der Leitfunktionalität zur Verfügung gestellt sein. Mit anderen Worten wird durch das Bewegen des Sperrorgans in seine Freigabeposition nicht nur die Auslassöffnung freigegeben, sondern darüber hinaus auch das Leitelement sozusagen in Funktionsunion aktiviert. Das Sperrorgan bzw. das Leitelement kann dabei selbstverständlich Stützelemente oder Stützrippen aufweisen, um eine mechanische Stabilisierung des Sperrorgans bzw. des Leitelements zur Verfügung stellen zu können. Sobald das Leitelement an der benachbarten Wandung in der Sperrposition des Sperrorgans anliegt, ist in dieser inaktiven Position des Leitelements dessen Einfluss auf die Strömungssituation im Einlassraum minimiert bzw. sogar gänzlich ausgeschaltet.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung das Sperrorgan in einer Sperrposition eine der Auslassöffnung umgebende Wandung des Einlassraums fortführt, insbesondere in stetiger Weise. Es werden also vorzugsweise Stufen, Sprünge oder Knicke in der Wandung des Einlassraums auch im Bereich der Auslassöffnung vermieden. Bei einem Sperrorgan in Sperrposition führt dies zu einer verbesserten und vor allem wirbelarmen oder sogar wirbelfreien Zuführmöglichkeit der Luftströmung zum Kühler.
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Ebenfalls von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung die Auslassöffnung seitlich an dem Einlassraum angeordnet ist, mit einer Auslassrichtung seitlich am Fahrzeug. Ein seitlicher Auslass dient dazu, eine definierte aerodynamische Verbesserung für das Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Eine seitliche Auslassrichtung dient darüber hinaus dazu, eine Luftströmung seitlich neben dem vorderen Radhaus des Fahrzeugs anzuordnen, wie dies die nachfolgende Ausführungsform noch näher erläutert. So kann es vorteilhaft sein, wenn diese Auslassöffnung entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor einem vorderen Radhaus des Fahrzeugs angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist vorzugsweise mit der voranstehend beschriebenen zusammen kombiniert. Somit kann eine seitliche Luftwand ausgebildet werden, welche auch als Luftvorhang bezeichnet werden kann, um das Radhaus und damit das Vorderrad des Fahrzeugs gegen das Eindringen von fremder Luftströmung zu schützen. Damit können Wirbelbildungen innerhalb des Radhauses bzw. im Bereich des Radhauses reduziert werden und damit eine zusätzliche aerodynamische Verbesserung des Fahrzeugs gewährleistet werden. Die aerodynamische Funktionalität des Sperrorgans kann somit nicht nur den Bypass um den Kühler, sondern darüber hinaus die Unterstützung der Wirbelfreiheit im Bereich der Radhäuser beinhalten.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Frontabschnitt für ein Fahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Lufteinlassvorrichtung für den Einlass einer Luftströmung zu einem Kühler des Fahrzeugs. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung bringt ein erfindungsgemäßer Frontabschnitt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lufteinlassvorrichtung erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung,
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2 die Ausführungsform der 1 mit einem Sperrorgan in Freigabeposition,
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3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung und
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4 die Ausführungsform der 3 in einer anderen Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung 10. Diese ist an einem Frontabschnitt 100 eines Fahrzeugs 200 angeordnet, und kann zum Beispiel Teil eines Frontspoilers oder einer Frontschürze des Fahrzeugs 200 sein. Über eine große Einlassöffnung 20 kann Luftströmung L einem Einlassraum 30 zugeführt werden. In diesem Einlassraum 30 ist nachgeordnet ein Kühler 220 des Fahrzeugs 200 angeordnet. Wie die Pfeile darstellen, wird nun im standardmäßigen Einsatzfall die Luftströmung L durch die Einlassöffnung 20 in den Einlassraum 30 gelangen. Beim Betrieb des Fahrzeugs 200 wird durch den Fahrtwind nun diese Luftströmung L durch den Kühler 220 geführt und dort eine entsprechende Wärmemenge mitnehmen, um Kühlleistung für das Fahrzeug 200 zur Verfügung stellen zu können.
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Die 1 und 2 sind nun bei dieser Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Lufteinlassvorrichtung 10 ausgestattet. Diese weist die Funktion auf, dass im Einlassraum 30 zumindest eine Auslassöffnung 40 angeordnet ist. Wie in der 1 zu erkennen ist, befindet sich diese Auslassvorrichtung 40 in einer Hochdruckzone HD des Einlassraums 30, so dass mit einem Sperrorgan 42 in seiner Sperrposition gemäß 1 sich in diesem Bereich ein lokales oder absolutes Druckmaximum im Einlassraum 30 ausbildet. Auch ist hier gut zu erkennen, dass das Sperrorgan 42 klappenförmig ausgebildet ist, so dass es auch eine Leitfunktionalität als Leitelement 50 wahrnehmen kann. In der Darstellung gemäß 1 ist zu erkennen, wie ein bündiger und damit stetiger Übergang zur benachbarten Wandung des Einlassraums 30 von dem Sperrorgan 42 ausgeht.
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Wird nun eine geringere Kühlleistung des Kühlers 220 angefordert, so kann eine verbesserte Aerodynamik eingeschaltet werden. Das Einschalten erfolgt durch das Öffnen des Sperrorgans 42 und damit in seiner Bewegung aus der Position gemäß 1 in die Freigabeposition gemäß 2. Die Hochdruckzone HD löst sich auf, da in diesem Bereich nun die Luftströmung L als Bypass aus der Auslassöffnung 40 an dem geöffneten Sperrorgan 42 vorbei austreten kann. Gleichzeitig wird durch das Sperrorgan 42 hier ein Leitelement 50 zur Verfügung gestellt, um die Luftströmung L definiert entlang der Auslassrichtung AR auszurichten. Wie durch die reduzierte Anzahl der Pfeile durch den Kühler 220 nun erkannt werden kann, tritt weiterhin die gleiche Menge an Luftströmung L in den Einlassraum 30 ein. Durch den Bypass eines Teils der Luftströmung L nun durch die Auslassöffnung 40 gelangt nunmehr ein geringerer Anteil der Luftströmung L durch den Kühler 220, so dass sich der Luftwiderstand des Fahrzeugs 200 durch die reduzierte Durchströmung des Kühlers 220 ebenfalls reduziert.
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Wie der 2 bereits zu entnehmen ist, kann die Luftströmung L entlang der Auslassrichtung AR nun seitlich neben und vor dem Radhaus 210 eines Vorderrades 212 ausgebracht werden. Damit kann sich die seitliche Ausbildung eines Luftvorhanges zur Verfügung stellen lassen, welcher ein Eindringen von unerwünschter fremder Luftströmung in das Radhaus 210 vermeidet oder reduziert.
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Die Unterstützung einer aerodynamischen Funktion, wie sie bereits mit einem Luftvorgang zu den 1 und 2 erläutert worden ist, kann noch weiter verbessert werden. So ist in der 3 die Auslassöffnung 40 einem Luftkanal nachgeordnet, wobei sich das Sperrorgan 42 innerhalb dieses Luftkanals angeordnet befindet. Die Basisfunktionalität gemäß der 3 entspricht den Erläuterungen zu den 1 und 2.
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4 zeigt schematisch, wie ein solcher Frontabschnitt 100 als Frontschürze eines Fahrzeugs ausgebildet sein kann. Über eine relativ große Einlassöffnung 20 kann nun die Luftströmung L in die Lufteinlassvorrichtung 10 eindringen. Im Inneren befindet sich der Einlassraum 30, welcher bei einem geöffneten Sperrorgan 42 nun einen Teil der Luftströmung L seitlich aus der Auslassöffnung 40 ausbringen lässt. Damit bildet sich der seitliche Luftvorhang aus, welcher das Radhaus 210 und damit das Vorderrad 212 gegen das unerwünschte Eindringen von fremder Luftströmung schützt bzw. im Wesentlichen schützt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
